第三章 拱 坝
第一节 概述
一、拱坝的特点
拱坝的结构
拱坝是固接在基岩上 的空间壳体结构（高次超 静定结构）
拱坝的受力
拱坝所承受的水平荷 载一部分通过拱的作用压 向两岸岩体，另一部分通 过竖直梁的作用传到坝底 基岩。
拱坝的稳定
坝体的稳定主要依靠两 岸拱端的反力作用，并不全 靠坝体自重来维持。
1、用拱结构特点，充分利用 材料强度。 2、稳定依靠两岸拱端的反力 来维持。 3、超载能力强，安全度高。 4、抗震性能好。 5、荷载特点。 6、坝身泄流布置复杂。
一、稳定分析方法 三种
（一)刚体极限平衡法
1.可能滑动面形式和位置
有4种见教材173页
单一的破裂面
2.整体稳定分析
坝肩岩体稳定计算图 （单位： m）
假设两个破裂面F1和F2切割出的一块楔体
，
3．平面分层稳定分析 176页
∑G =GtgΨ ∑W =WtgΨ
•拱坝拱座抗滑稳定安全系数允许值
坑口碾压混凝土坝横剖面
（一） 材料
碾压式混凝坝的胶凝材料远比常态混凝土用 量少，其中粉煤灰在胶凝材料中所占比重一般为 30%～60%。水胶比一般在0.45～0.7之间。
（二）
由碾压式混凝土重力坝采用通仓碾压，故可 不设纵缝。但为了适应温度伸缩缝和地基不均沉 降，仍应设置横缝，间距一般为15～20m。比常态 混力对坝肩岩体稳定的影响
1959年法国马尔巴塞拱坝，初蓄水不久即全 坝溃决，原因为拱端推力使岩体的渗透系数减为 初始值的1/100，渗水受阻水压力增大，岩体滑 移而失稳。
三、初始地应力对坝肩岩体稳定的影响
1、影响岩体的承载能力
2、影响岩体中应力传播规律
增加的内容 改善拱座稳定的措施
1、加强地基处理 2、加强岩体的灌浆和排水措施 3、将拱端向岸壁深挖嵌进 4、改进拱圈设计 5、拱端局部扩大或设推力墩
潘家口宽缝重力坝
三、
在实体重力坝底部沿坝轴线方向设 置大尺寸的空腔，即为空腹重力坝。
空腹下面不设底板，坝体所受的作 用(荷载)直接通过所谓的前、后腿传到 地基上。 空腹坝的腹孔净跨度一般约 为坝底全宽的1/3， 腹孔高约为坝高的 1/4～1/5。
广东枫树坝空腹重力坝
第十五章 支墩坝
支墩坝有下述特点：扬压力仅作用于挡水面板 的底面，由于支墩之间的空隙较大，故作用于 支墩底部的扬压力很小；上游挡水面板的坡度 较缓，可以利用面板上的水重帮助维持坝体稳 定，故比重力坝的工程量省；大头坝与重力坝 相比可节省工程量15%～25%，连拱坝和平板坝 可节省40%～60%。
石门拱 坝
图片名称：石门水库 电站地点：陕西汉中 所在河流：褒河 所在水系：黄河水系 主要坝型：混凝土拱坝 坝顶高程：620.0米 最大坝高：88米
图片名称：佛子岭水电站 大坝全景
电站地点：安徽霍山 所在河流：淠河 所在水系：淮河水系 主要坝型：连拱坝 坝顶高程：128.46米 最大坝高：75.9米
拱冠梁法
拱冠梁法计算简图 （a）拱坝中面；（b）总水平径向荷载；（c）各层拱圈分配到的荷载； （d）拱冠梁分配到的荷载（e）i层拱圈计算简图；（f）拱冠梁计算简图
荷载分配（径向变位一致条件）
梁的径向变位
拱的径向变位
梁的径向变位 拱圈的径向变位
坝体上下游面的边缘应力
厚拱坝时
第五节 坝肩稳定分析
L/H>4.5时，不宜修建拱坝。
宽高比相同河谷形状不同 的两种情况（V形和U形）
V形河谷
U形河谷
（二）地质条件
基岩比较均匀，坚固完 整，有足够的强度，透水性 小，能抵抗水的侵蚀、耐风 化、岸坡稳定、没有大断裂 等。
三、拱坝的形式
按其厚高比特征可分 为薄拱坝、中厚拱坝、厚 拱坝(或称重力拱坝)。
拱冠梁法，将拱坝看成由一系列水平拱和拱 冠处一根悬臂梁组成，以拱冠处一根悬臂梁 为代表与若干水平拱作为计算单元进行荷载 分配。根据各层拱圈与拱冠梁交点处径向变 位一致的条件求得拱梁荷载分配，荷载分配 后，梁按静定结构计算应力，拱圈按纯拱法 计算应力。
有限元法
壳体理论计算法
伏格特法
延长坝高法
坝体向基岩延伸长度h示意
水工建筑物6
2020年5月31日星期日
其主要优点是：
1)施工工艺程序简单，可快速施工，缩短工期，提 前发挥工程效益。 2)胶凝材料(水泥+粉煤灰+矿渣等)用量少，一般在 120～160kg/m3，其中水泥用量约为60～90kg/m3。 3)由于水泥用量少，结合薄层大仓面施工，坝体内 部混凝土的水化热温升可大大降低，从而简化了温 控措施。 4)不设纵缝，节省了模板及接缝灌浆等费用。 5)可适用大型通用施工机械设备，提高混凝土运输 和填筑工效。 6)降低工程造价。
按挡水面板的形式支墩坝可分为：平板坝 、连拱坝和大头坝。
梅山连拱坝
佛子岭连拱坝
佛子岭连拱坝
湖南镇梯形支墩坝
宽缝重力坝
猫跳河红岩水电站
图片名称：猫跳河红岩水电站 电站地点：贵州修文 所在河流：猫跳河 所在水系：长江水系 主要坝型：双曲拱坝 坝顶高程：890米 最大坝高：60米
二滩双曲拱坝
图片名称：二滩水电站 电站地点：四川省攀枝花市 所在河流：雅砻江 所在水系：长江水系 主要坝型：混凝土拱坝 坝高：240 米
计算拱坝地基变位的力系及当量矩形图
三、纯拱法
拱圈应力分析图
M=M0+H0y+V0x - ML H=H0cosф- V0sinф+ HL V=H0 sinф+V0cosф-VL
四、拱梁分载法法
荷载由拱和梁共同承担，各 承担多少荷载由拱梁交点处变位 一致条件决定。荷载分配后，梁 按静定结构计算应力，拱按纯拱 法计算应力。
按其坝体形态的特征可 分为定圆心等半径拱坝(或 称单曲拱坝)；等中心角变 半径拱坝；变圆心变半径（ 双曲拱坝）。
第二节 拱坝的荷载及组合 一、 荷载
1.自重
截面A1与A2间的坝块自重G按辛甫森 公式计算：
当△Z 高度较小时可近 似用下式计算：
自重计算简图
2.温度荷载
当坝体温度高于封拱温 度时，即温度升高，拱圈伸 长并向上游位移，由此产生 的弯矩、剪力的方向与库水 位产生的相反，但轴力方向 相同。
二、
（一）宽缝重力坝的工作特点
为了克服实体重力坝扬压力大，材料 的抗压强度不能充分发挥等缺点，我国在 水利建设中，发展了一些改进重力坝的坝 型，宽缝重力坝就是其中的一种。例如： 新安江、丹江口、潘家口等。
宽缝重力坝是将相邻坝段间的横缝部分 地拓宽(仅在上游端和下游端闭合)的重力 坝。
宽缝重力坝
工程量比实体重力坝要省10%～20%
1
1
2
5．其它稀遇的不利 组合
4
(6)①
7
(6)③ 或(6)④
(6)④
(6)① 温降 (6)②温升 (6)③接缝灌浆部分坝体设计正常温降。 (6)④接缝灌浆部 分坝体设计正常温升。
第三节 拱坝的体形和布置
一、拱坝坝体尺寸的初步拟定
二、拱坝布置
1、拱坝布置的步骤
2、布置原则
拱坝坝身的布置原则 拱坝坝端的布置原则
观看碾压式混凝土 重力坝视频
第十四章 其它型式重力坝
一、浆砌石重力坝
浆砌石重力坝是由石料和胶 结材料砌筑而成的坝。
朱庄浆砌石重力坝
（一）
1
石料可分为块石、条石或粗料石、 细料石等。
2
常用的胶结材料有水泥砂浆、细石 混凝土及混合砂浆等。
（二）砌石重力坝的构造特点
1 2 3 4、坝与地基的连接
荷
载
组合情况
组
合
1．正常蓄水位
基
本 组
2．运行最低水位
合
3．其它常遇的不利
组合
1．校核洪水位
重自 重 1
1
水压力 2 2
1
2
荷 泥沙 压力 3
3
载 浪压力
4 4
温度 荷载
(6)①
(6)②
地震力
3
4
(6)②
2．地震情况
1
2
3
特
殊 组
3．施工期接缝 未灌浆
情况① 情况②
合
4．施工期分期
1
2
1
未灌浆 情况① 情况②
第四节 拱坝应力分析
1、应力分析方法综述
1)纯拱法 2)拱梁分载法 3)有限元法 4)壳体理论计算法
5)结构模型试验法
纯拱法假定拱坝由一系列各自独立互不影响 的水平拱圈叠合而成，每层拱圈简化为弹性 固结拱进行计算，用结构力学方法求解拱的 应力。
拱梁分载法是当前用于拱坝应力分析的基本方法 ，它把拱坝看成由一系列水平拱圈和铅直梁所组 成，荷载由拱和梁共同承担，各承担多少荷载由 拱梁交点处变位一致条件决定。荷载分配后，梁 按静定结构计算应力，拱按纯拱法计算应力。确 定拱梁荷载分配的方法可以用试荷载法，也可以 用计算机求解联立方程组来代替试算。
•荷 载 组 合建 筑 物 级 别 1 2 3
•基 本
抗剪断公式 3.50 3.25 3.00
•特 殊无 地 震
3.00 2.75 2.50
•有 地 震
2.50 2.25 2.00
•基 本
1.30
•特 殊无 地 震
抗剪强度公式
1.10
•有 地 震
1.00
重力墩稳定分析
重力墩
（二）有限元法 （三）地质力学模型试验法
当坝体温度低于封拱 温度时，即温度降低，拱 圈收缩并向下游位移，由 此产生的弯矩、剪力的方 向与库水位产生的相同， 但轴力方向相反。
温度荷载的变化
说明： （a）实际温度荷载分布； （b）平均温度；（c）等效线性温差； （d）非线性温差